设计一台专用卧式钻床的液压系统课程设计汇本报告

1、.wd.wd.wd.学校?液压与气压传动?课 程 设 计题 目：设计一台专用卧式钻床的液压系统学 院：组 员：指导教师：2014.5目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc22512 摘 要5课程设计任务书 HYPERLINK l _Toc30442 课程设计的目的：5 HYPERLINK l _Toc5550 课程设计的内容：5时间安排： 5一、液压系统主要参数计算 HYPERLINK l _Toc29332 1.1液压缸负载分析 5 HYPERLINK l _Toc30380 1.2绘制液压工况图7 1.3确定液压缸的主要参数8 1.4计算液压缸的工作压力、流

2、量和功率9二、拟定液压系统原理图 HYPERLINK l _Toc7402 2.1选择液压回路 PAGEREF _Toc7402 15 HYPERLINK l _Toc32364 2.2液压系统的组合 PAGEREF _Toc32364 15三、选择液压元件3.1液压泵的选择12 3.2阀类元件的选择13 3.3辅助元件的选择14四、液压系统性能的验算五、液压缸的主要尺寸的设计计算 HYPERLINK l _Toc20143 5.1液压缸主要尺寸确实定5 HYPERLINK l _Toc10339 5.2液压缸壁厚和外径的计算15 HYPERLINK l _Toc22345 5.3液压缸工作行

3、程确实定16 HYPERLINK l _Toc17858 5.4缸盖厚度确实定16 HYPERLINK l _Toc16523 5.5最小导向长度确实定17 HYPERLINK l _Toc17709 5.6缸体长度确实定18 HYPERLINK l _Toc26695 5.7液压缸的构造设计18 HYPERLINK l _Toc1425 完毕语23 HYPERLINK l _Toc25812 致谢词24参考文献25摘 要 液压系统是以电机提供动力根基，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成各种设备不同的动作

4、需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的局部就愈多。所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的。关键词：液压传动、稳定性、液压系统AbstractHydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump to change mechanical energy into pressure, promote the hydraulic oil. Through various control valves to change th

5、e flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different distance, different movement. All kinds of different equipment to complete the actions required. Hydraulic system has been used in many departments, such as industry and agriculture have been increasingly widely used,

6、and the more advanced equipment, its application part of the hydraulic system will be. So students like us to learn and personally designed a simple hydraulic system is very meaningful.Keywords: hydraulic transmission, stability, hydraulic system课程设计任务书一、课程设计题目：设计一台专用卧式钻床的液压系统初始条件：最大轴向钻削力为14000N，动力滑

7、台自重为15000N，工作台快进展程为100mm，工进展程为50mm，快进、快退速度为5.5m/min，工进速度为51990mm/min，加、减速时间为0.1s，动力滑台为平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。要求液压系统完成“快进工进快退停顿的工作循环。二、课程设计内容 (1) 明确设计要求进展工况分析；(2) 确定液压系统主要参数；(3) 拟定液压系统原理图；(4) 计算和选择液压件,验算液压系统性能；(5) 构造设计及绘制零部件工作图；(6) 编制技术文件。三、时间安排15月19日：阅读、研究设计任务书，明确设计内容和要求，了解原始数据和工作条件；收集有关资料并进一步熟悉课题。

8、25月20日：明确设计要求进展工况分析；确定液压系统主要参数；拟定液压系统原理图；计算和选择液压件；验算液压系统性能；35月21日：绘制正式的液压原理图；绘制液压缸装配图。45月22日：编写设计计算说明书；编写零部件目录表。55月24日：整理资料，辩论一液压系统主要参数计算 1.1液压缸负载分析1切削力： Ft=14000N动力滑台自重为：W=15000N2导轨摩擦阻力静摩擦力： =0.2 15000 = 3000N动摩擦力： = =0.115000 = 1500N3惯性阻力动力滑台快进惯性阻力,动力滑台启动加速、反向启动加速和快退减速制动的加速度相等，液压缸各动作阶段负载列表如下所示：工况计

9、算公式液压缸负载FN液压缸推力启动F= 30003333.33加速F = + 2903.063225.62快进F=15001666.67工进F=+1550017222.22快退F=15001666.67注：液压缸机械效率：。1.2绘制液压工况负载速度图根据计算的液压负载和各阶段工作行程、速度，可绘制液压缸的FL与VL图。快进=工进s s快退=2 s液压缸负载图和速度图如下所示：图1 液压缸FL图图2 液压缸VL图1.3 确定液压缸的主要参数1.3.1初选液压缸的工作压力液压缸负载值最大为15500N，查参考文献1表9-3、9-4，并参考同类型组合机床，取液压缸工作压力为3.5MPa，为中低压液

10、压系统。1.3.2 确定液压缸的主要构造参数由第1分析章可知液压缸最大推力为工进阶段时且为17222N，那么D=79.2mm查参考文献3表2-4液压缸内径尺寸系列GB/T2348-80，将以上计算值圆整为标准直径，取D=80mm为了实现快进速度与快退速度相等，采用差动连接，那么d=0.7D。所以 d=0.7D=0.78056mm。同样按参考文献3表2-5活塞杆直径系列GB/T2348-80圆整成标准系列活塞杆直径。取d=56mm。由D=80mm,d=56mm算出液压缸无杆腔有效作用面积为A1=50.25mm2,有杆腔有效作用面积为A2=25.7mm2。工进时采用调速阀，查产品样本，调速阀最小稳

11、定流量=0.05,因最小工进速度=0.051,那么 mm2=9.8A2A1故能满足低速稳定性要求。1.4 计算液压缸的工作压力、流量和功率1.4.1 计算液压缸的工作压力根据参考文献执行元件背压的估计值，本系统的背压值估计可在0.50.8范围内选取，故暂定：工进时，0.8，快速运动时，0.5，液压缸在工作循环各阶段的工作压力。即可按参考文献计算:差动快进阶段:=1.204MPa工作进给阶段：快速退回阶段：1.4.2 计算液压缸的输入功率快进阶段：工进阶段：快退阶段：表1 液压缸在各阶段的压力、流量和功率工作阶段工作压力输入流量输入功率快速前进1.20413.5030.271工作进给3.6860

12、.7550.047快速退回1.5214.1350.36二拟定液压系统原理图2.1 选择液压回路1调速方式的选择钻孔床工作时，要求低速运动平稳性好；速度负载性好，液压缸快进和工进时功率都较小，负载变化也较小，因此采用调速阀的的进油节流调速回路。为防止工作负载突然消失钻通孔引起前冲现象，在回油路上加背压阀。2快速回路和速度换接方式的选择我们选用差动液压缸实现“快，慢，快的回路。进口节流一次进给回路。油源的选择：系统快进时低压大流量时间短，工进时高压小流量时间长。所以采用双联叶片泵或限压式变量泵。2.2液压系统的组合选择 基本回路后，按拟定液压系统图的几个注意点，可以组成一个完整的系统图。图中为了使

13、液压缸快进时实现差动连接，工进时主油路和回油路隔离，在系统中增设一个单向阀11及液控顺序阀8，在液压泵和电磁换向阀3的出口处，分别增设单向阀9和12，以免当液压系统较长时间不工作时，压力油流回油箱，形成真空。为了过载保护或行程终了利用压力继电器13。组合成液压系统图组合的液压系统图。如以下列图。液压系统图1-双联叶片泵 2-三位五通电液阀 3-行程阀 4-调速阀 5、6、10、13-单向阀7-顺序阀 8-背压阀 9-溢流阀 11-过滤器 12-压力表开关 14-压力继电器动作名称信号来源1YA2YA背压阀8换向阀2电磁阀3快进启动按钮+-关闭左位下位工进挡块压下行程阀7+-翻开左位下位停留滑块

14、靠压死在挡块处+-翻开左位上位快进时间继电器14发出信号-+关闭右位下位停顿挡块压下终点开关-+关闭中位下位三选择液压元件3.1液压泵的选择由表一可知工作进给阶段液压缸最大工作压力为3.686106Pa,进油路上的压力损失一般为Pa,现取进油路总压力损失为,那么小流量泵最高工作压力为:因此,小泵的额定压力可取(4.25186+4.18625%)=5.2325。确定液压泵的最大供油量：K-系统的泄漏修正系数,一般取快退时泵的流量为: 工进时泵的流量为: 考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点,尚须加上溢流阀稳定工作的最小溢流量,一般取3.所以小流量泵的流量为:=(0.8305+3)=3.8305查

15、产品样本,选用小泵排量为V=4m的YB1型双联叶片泵,额定转速为n=1450,那么小泵的额定流量为:因此大流量泵的流量为:查产品样本,选用大泵排量为V=16的YB1型双联叶片泵,额定转速为n=960,那么大泵的额定流量为:所以,满足要求.故本系统采用一台YB1-16/4型双联叶片泵。由前面分析可知,快退阶段的功率最大,故按快退阶段估算电动机功率.假设快退时进油路的压力损失,液压泵的总效率=0.7,那么电动机的功率为:=780W查电动机产品样本,选用Y90L-6型异步电动机P=1.1kw,n=910。3.2 阀类元件的选择根据所拟定的液压系统原理图,计算分析通过各液压阀的最高压力和最大流量,选择

16、个液压阀的型号规格，下面列出各控制阀通过的实际流量，见表2。表2 各阀通过的实际流量及型号规格序号元件名称通过流量型号规格2双联叶片泵19.044YB1-20/63溢流阀5.22EAZ63-254单向阀5.22AF3-Ea10B9单向阀14.135AF3-Ea10B12压力继电器EYX63-65、6液控顺序阀0.5ECZ25-257三位五通电磁阀1F22DH-2511行程阀13.824E22JH-6310调速阀0.2EQL-38背压阀0.5EFZ10-251过滤器UX-40*100E35ZD-633.2.1 确定阀类元件的调整参数溢流阀的压力调整值显然的系统压力最高值，。对溢流阀3的压力调整值

17、需作如下计算：为液压缸无杆腔的压力，F为液压缸有杆腔压力，为液压缸回油流经电液换向阀时的压力损失，F为左滑台快速运动时的推力3333N。考虑到管道内及通道体内的压力损失，溢流阀的损失可调=1.5表3 阀的校正序号名称型号额定流量下的压力损失4单向阀AF3-EA10B2105Pa9单向阀AF3-Ea10B2105Pa11行程阀E22JH-631.5105Pa3.3 辅助元件的选择油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路允许流速进展计算，本系统油管内径的选择可参照所接元件接口尺寸确定。查参考文献1油箱容量按下式确定：四液压系统性能的验算由于本液压系统相比照拟简单，压力损失验算可以从略，又

18、由于系统采用双泵供油方式，在液压缸工进阶段，大流量泵卸荷，功率利用合理；同时油箱容量可以取较大值，系统发热温升不大，故不必进展系统温升的验算。五液压缸的主要尺寸的设计计算5.1液压缸主要尺寸确实定由元件参数计算与设计中液压缸的内径D=80mm，活塞杆直径d=56mm已确定。5.2液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸体构造中最薄处的厚度。从参考文献可知，承受内压力的圆筒，其内应力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。当缸体壁厚与内径之比小于0.1时，称为薄壁缸体，薄壁缸体的壁厚按材料力学中计算公式：(m)式中：

19、缸体壁厚mP液压缸的最大工作压力D缸体内径m缸体材料的许用应力查参考文献5可得常见缸体材料的许用应力：铸钢：=10001100无缝钢管：=10001100锻钢：=10001200铸铁：=600700选用铸钢作为缸体材料： 在中低压机床液压系统中，缸体壁厚的强度是次要的，缸体壁厚一般由构造，工艺上的需要而定，只有在压力较高和直径较大时，才由必要校核缸体最薄处的壁厚强度。当缸体壁厚与内径D之比值大于0.1时，称为厚壁缸体，通常按参考文献中第二强度理论计算厚壁缸体的壁厚：因此缸体壁厚应不小于1.7mm，又因为该系统为中低压液压系统，所以不必对缸体最薄处壁厚强度进展校核。缸体的外径为： 80+2*1.

20、7=83.4mm5.3 液压缸工作行程确实定液压缸的工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。以液压左滑台为例，因为左滑台的最大行程为150mm,由查参考文献液压缸活塞行程参数GB2349-80，选择液压缸的工作行程为160mm。5.4 缸盖厚度确实定缸筒底部即缸盖有平面和拱形两种形式，由于该系统中液压缸工作场合的特点，缸盖宜选用平底形式，查参考文献可得其有效厚度t按强度要求可用下面两式进展近似计算：缸盖有孔时：缸盖无孔时：式中：t缸盖有效厚度m P液压缸的最大工作压力缸体材料的许用压力缸底内径m缸底孔的直径m查参考文献5缸盖的材料选用铸铁，所以：缸盖有孔时：t=10.2mm缸盖无

21、孔时：t=18.972mm缸盖的宽度：110mm5.5最小导向长度确实定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度，如果最小导向长度过小将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸最小导向长度H应满足以下要求： =120mm 式中：L-液压缸的最大行程D-液压缸的内径 5.6 缸体长度确实定液压缸的缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体长度不大于内径的2030倍,即在本系统中缸体长度不大于2000-3000mm,现取缸体长度为450mm。5.

22、7 液压缸的构造设计液压缸主要尺寸确定以后，就进展各局部的构造设计。主要包括：缸筒与缸盖的连接构造、活塞杆与活塞的连接构造、活塞杆导向局部构造、密封装置、缓冲装置、排气装置、及液压缸的安装连接构造等。5.7.1缸筒与缸盖的连接形式缸筒与缸盖的连接形式有多种，如法兰连接、外半环连接、内半环连接、外螺纹连接、拉杆连接、焊接、钢丝连接等。该系统为中低压液压系统，缸体材料为铸钢，液压缸与缸盖可采用拉杆式连接，该连接方式具有构造简单加工装配方便等特点。5.7.2 活塞活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此它于缸筒的配合应适当，即不能过紧，也不能间隙过大。设计活塞时，主要任务就是确定活塞的构造形式，其

23、次还有活塞与活塞杆的连接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等。1)活塞的构造形式活塞的构造形式分为整体活塞和组合活塞，根据密封装置形式来选用活塞构造形式，查参考文献活塞及活塞杆的密封圈使用参数，该系统液压缸中可采用O形圈密封。所以，活塞的构造形式可选用整体活塞，整体活塞在活塞四周上开沟槽，构造简单。2)活塞与活塞杆的连接查参考文献活塞杆与活塞的连接构造分整体式构造和组合式构造，组合式构造又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。该系统中采用螺纹连接，该连接方式构造简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置，多在组合机床上与工程机械的液压缸上使用。3活塞的密封查参考文献活塞与缸筒的密封采用O形圈密封

24、活塞与缸体的密封采用O形圈密封，O形圈的代号为：64.54GB/T3452.1-1992。查参考文献活塞与活塞杆的密封采用O形圈密封，因该系统为中低压液压系统(P),所以活塞杆上的密封沟槽不设挡圈,其沟槽尺寸与公差由GB/T3452.3-98确定, O形圈代号为：487 G GB/T3452.1-92，具体说明从略。4活塞材料因为该系统中活塞采用整体活塞，无导向环构造，参考文献所以活塞材料可选用HT200HT300或球墨铸铁，结合实际情况及毛坯材料的来源，活塞材料选用HT200。5活塞尺寸及加工公差查参考文献活塞的宽度一般取B=(0.61.0)D,缸筒内径为80mm,现取B=0.680=48,

25、活塞的外径采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm,活塞的内孔直径D1设计为48mm，精度为H8，查参考文献可知端面T对内孔D1轴线的垂直度公差值按7级精度选取，活塞外径的圆柱度公差值按9级、10级或11级精度选取。外外表的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，外表粗糙度视构造形式不同而各异。活塞的详细构造见附图。5.7.3缸筒缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸体还要求有良好的焊接性能，结合该系统中液压缸的参数、用途和毛坯的来源等，缸筒的材料可选用铸钢。在液压缸主要尺寸设计与计算中已设计出液压缸体壁厚最小厚度应不小于1.7mm，缸体的材料选用铸钢，查参考文献，缸体内径可

26、选用H8、H9或H10配合，现选用H9配合，内径的外表粗糙度因为活塞选用O形圈密封取为0.3，且需珩磨，缸筒内径的圆度和圆柱度可选取8级或9级精度具体构造见附图。缸筒与缸盖之间的密封采用O形圈密封，O形圈的代号为804 G GB/T3452.1-1992，密封沟槽及其公差可按GB/T3452.3-1988确定。见所附零件图。5.7.4 缓冲装置液压缸的行程终端缓冲装置可使带着负载的活塞，在到达行程终端减速到零，目的是消除因活塞的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖的机械撞击，同时也为了降低活塞在改变运动方向时液体发出的噪声。因为该系统为液压动力滑台液压系统速度换接平稳，进给速度稳定，且工进完毕采用

27、死挡铁停留，所以液压缸上可不设置缓冲装置。5.7.5 后缸盖查参考文献并参考同类型液压缸，后缸盖的材料选用HT200。缸盖与缸体采用拉杆式连接，选用的螺栓的代号为:GB/T5782-86 M12140。查参考文献参照液压缸螺纹连接的油口系列GB/T2878-93，液压缸的进油口螺纹选用M121.5，出油口螺纹选用M122。具体构造尺寸见所附零件图。5.7.6 前缸盖及与活塞杆的密封、防尘查参考文献并参考同类型的液压缸，前缸盖的材料选用35钢，缸盖与缸筒采用的连接方式和后缸盖与缸筒的连接方式一致。在缸盖的顶部加工进油孔道，其孔道的的构造与形式参照后缸盖上的而定。查参考文献油管与缸盖接口处的尺寸配

28、合确定为18H9/g9,具体构造见附图。为了去除活塞杆处外露局部粘附的灰尘，保证油液清洁及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈。活塞杆的防尘采用往复运动橡胶防尘密封圈GB/T10708.3-89A型液压缸活塞杆防尘圈。5.7.5 活塞杆1活塞杆构造尺寸确实定活塞杆杆体分为实心杆和空心杆两种，实心杆加工简单，采用较多，该系统中采用实心杆。活塞杆的直径为56mm,查参考文献活塞杆的材料选用45钢,根据液压缸的实际构造尺寸,活塞杆的总长度设计确定为670mm,轴径为56mm的长度为405mm，查参考文献活塞杆上安装活塞的局部即轴径为40mm的局部精度采用h8,活塞杆与活塞的密封采用O形圈密封,代号为487

29、 G GB/T3452.1-92。活塞杆与活塞的密封前面已设计说明。活塞杆与活塞的连接构造采用螺纹连接,该连接方式构造简单,在振动的工作条件下容易松动,必须采用锁紧装置,该系统中采用垫圈锁紧。因为该液压系统采用标准液压动力滑台HY40A-1,查参考文献液压滑台的联系尺寸，活塞杆与液压滑台连接处螺纹采用M12X2,螺纹长度60GB2350-80。 2活塞杆强度的计算活塞杆在稳定的工况下，如果只是受轴向推力或拉力可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进展计算：6.81所以活塞杆满足强度要求。式中：F活塞杆作用力Nd活塞杆直径m材料许用应力对中碳钢=400活塞杆上一般都设有螺纹、退刀槽构造，

30、这些部位往往使活塞杆上的不安全截面，也要进展计算，不安全截面处的合成应力应满足：式中：不安全截面的直径m活塞杆的拉力(N)材料许用应力对中碳钢=400因为活塞杆上螺纹、退刀槽中直径最小的为，此处的截面为不安全截面，所以：活塞杆不安全截面处满足强度要求。活塞杆导向局部的构造活塞杆导向局部的构造，包括活塞杆与端盖、导向套的构造，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的构造可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套构造。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。该系统为液压动力滑台液压系统的速度换接平稳，进给速度稳定，磨损不严重，所以导向套构造采用端盖整体式直接导向。完毕语1综合运用液压传动课程及其它有关先修课程的理论知识和生产实际知识，进展